tài liệu uy tín được biên soạn bởi giảng viên đại học Bách Khoa TPHCM, thuận lợi cho qua trình tự học, nghiên cứu bộ tự động hóa, điện tử, cơ điện tử, cơ khí chế tạo máy, lập trình nhúng, Tài liệu được kiểm duyệt bởi giảng viên, phòng đào tạo trường đại học bách khoa, lưu hành nội bộ
Trang 1Chương CẢM BIẾN ĐO LỰC
1 Nguyên lý đo lực
2 Cảm biến áp điện
3 Load cell
4 Một số loại cảm biến khác
Trang 2Lực cần đo F → tác động lên vật trung gian → gây ra biến dạng và lực đối kháng.
Đo trực tiếp biến dạng ⇒ Lực.
Đo gián tiếp thông qua sự thay đổi tính chất của vật liệu
chế tạo vật trung gian khi bị biến dạng.
a m
Trang 32 Cảm biến áp điện
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Cấu tạo: Cảm biến có dạng tấm mỏng chế tạo từ vật liệu áp điện (thạch anh, gốm PZT…) hai mặt có phủ kim loại → tương tự một tụ điện.
Nguyên lý hoạt động
• Dựa vào hiệu ứng áp điện
Vật liệu áp điện Lớp phủ kim loại
Trang 4+
V~ F F
F
+ + + + + + + + + +
-+Q -Q
Trang 52 Cảm biến áp điện
Các dạng biến dạng cơ bản:
−
+ V~ F F
F
−
+ V~ F
−
+ V~ F
b) Theo chiều ngang
c) Cắt theo bề dày d) Cắt theo bề mặt
Trang 6− +−+−+−
+ c) Nhiều phần tử song song
a) Hai phần tử song song
Cb =2C
b) Hai phần tử nối tiếp
Cb =1/2C, Rb =2R, Vb = 2V
Trang 82 Cảm biến áp điện
a) Các phiến cắt
b) C ảm biến ba thành ph ần vuông góc
CB thạch anh kiểu vòng đệm
Nhiều vòng đệm:
Trang 92 Cảm biến áp điện
Piezoelectric Sensor Element Designs
Trang 102 Cảm biến áp điện
dQ dt
dt RS CS
a) Trong dải thông có ích
Rg - Điện trở trong của cảm biến
Cg – Điện dung của cảm biến
b) Nối với mạch ngoài
1 g
1 R
1 R
1 g
Sơ đồ tương đương của cảm biến:
R1 và C1: điện trở và tụ tương đương với trở kháng cáp dẫn
Trang 111 R
1 R
1 = +
e S
eq eq
eq eq
q
Trang 122 Cảm biến áp điện
Sơ đồ khuếch đại điện tích
Đầu vào (điện tích) Đầu ra (điện áp)
Bộ chuyển đổi điện tích
Chuẩn độ nhạy và khuếch đại vi sai lọcBộ Bộ khuếch đạiđầu ra
b) Sơ đồ ghép nối cảm biến và bộ chuyển đổi điện tích - điện áp
VεdQ
Trang 13trung gian và một số tầng khuếch đại ở đầu ra để cung cấp tín hiệu ra
Trang 163 Load cell
Phân loại:
Trang 173 Load cell
Một số ứng dụng
Trang 183 Load cell
Trang 194 Một số cảm biến đo lực khác
a) Cảm biến lực điện dung
Đo được lực dọc và lực cắt
Có độ trễ và không tuyến tính
Trang 204 Một số cảm biến đo lực khác
b) Cảm biến lực áp trở
Lực tác động tăng thì điện trở giảm
Trang 214 Một số cảm biến đo lực khác
b) Cảm biến lực áp trở
Trang 224 Một số cảm biến đo lực khác
c) Cảm biến lực quang học
Trang 234 Một số cảm biến đo lực khác
c) Cảm biến lực quang học
Trang 244 Một số cảm biến đo lực khác
d) Cảm biến lực bằng lực từ
Trang 254 Một số cảm biến đo lực khác
d) Cảm biến lực bằng lực từ
Trang 264 Một số cảm biến đo lực khác
e) Cảm biến lực bằng sóng siêu âm
Trang 27Điện cực
Đế cách điện a) Hệ thống cực đo
X1 X2
Y2
Y1
f) Cảm biến xúc giác
Trang 284 Một số cảm biến đo lực khác
f) Cảm biến xúc giác
Khi có lực nén tác dụng lên một phần nào đó của tấm cao su, khoảng cách giữa các hạt dẫn điện ở phần đó ngắn lại, điện trở giảm xuống, dòng điện tăng lên Toạ
độ của vùng có dòng điện tăng lên sẽ xác định vị trí
của lực tác dụng và giá trị của nó xác định giá trị của lực.